论物联网设备通信的基本原理

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相信我们以前都有过这样的经历，比如说一句话里面的一个词语，自己能够明白其含义，同时也能够很好的运用。但是，当朋友问起该词语的意思时，却不知该如何解释。

近期我对“消息协议”这个词就有如此的感觉。

我在 Leverege（一家物联网创业公司）工作，尽管我是一名非技术人员，但是在技术团队的氛围渲染下，我因此也熟悉了相当多的语言。此前个人认为已熟知“消息协议”这个术语，甚至了解其中涉及的一些协议，如 MQTT 和 XMPP，但最近我意识到自己并未真正了解“消息协议”的意思！

近期笔者通过自己的学习以及工程师的指教，在此与大家分享自己学习心得。

至少两台设备

物联网背后的整个理念是各种机器（无论是传感器、灯、冰箱、汽车、机器人、灌溉系统）相互连接以及为互联网提速的一个过程。预计到 2020 年，将有 20-50 亿台设备连接。

相互连接意味着至少涉及两台机器且彼此之间可相互传递数据。虽然你可以使用电线直接连接两个机器，但这将严重地限制它们之间的距离。

相反，如果我们使用无线连接、互联网或以上的两种方式组合来连接机器，益处也就不言而喻。

互联网

“全球计算机网络提供了各种信息和通信设备，还包括使用标准化通信协议的互连网络。”

众所周知，计算机、路由器以及服务器都彼此相互连接从而创建网络，且这些网络也彼此连接，因此创建了因特网。

当我们从一台计算机向另一台计算机发送信息时，它不会以一个大块的形式也不会直接发送。相反，信息被分解成数据包，这些数据包可以通过互联网传递给不同的路由以到达它们的目的地。一旦它们到达，数据包会被重新组装到原始文件中。这种方法称为分组交换，允许每个分组找到最有效的路径，因此整体效率更高。

但是数据包遇到的各种路由器和服务器时，该如何知道接下来要发送到哪里？

网络之间互连的协议（IP）

如果你要给朋友发一封信，首先把你的信放在一个空信封里，然后就想朋友收到，这是一件不可能的事情。因此，你需要将收件人的地址以及回信地址写在信封上，盖章，然后将其放在邮件中。

这种共享的邮件发送规则、格式和功能得以让我们所有人使用邮政服务并彼此发送信件。以相同的方式，消息协议是机器之间发送的消息的规则、格式和功能。

基本上，每个人都倾向于包含数据包（即类似地址）的信息类型以及格式，因为这样的信息便于每个人都可以查阅。

IP 地址是每台计算机具有的唯一标识符，很像现实生活中的地址。网协议（IP）是消息传递协议的最基本级别。只使用 20 个字节的数据，它包括最终接收的 IP 地址和发件人 IP 地址等等。

互联网传输协议可分为两种，一是用户数据报协议（UDP），二是传输控制协议（TCP）。

UDP 用于快速、高效的传输，但它不能保证发送的消息或分组能到达，不可靠。 TCP 速度要稍慢一点，但它更可靠，因为它会检查消息实际到达。这意味着确认消息是在另一端接收的。

但是，发送数据时可能还需要许多其他功能。 UDP 和 TCP 代表最基本的协议，如果你对你的应用程序有特定需求，其他的协议可以建立在它们之上，这是为什么…

有数百个消息协议

在涉及物联网时，有各种各样的应用程序和案例。物联网有巨大的潜力，但它也意味着没有一个适合所有应用程序或案例的解决方案。不同的物联网应用程序需要不同的硬件、软件、连接和消息传输协议。

如果想要将信息从设备发送到服务器，这是可能会使用到消息查询遥测传输（MQTT）。 MQTT 非常适用于将小型设备的大型网络中的数据收集到单个位置上（例如，云）以供分析。

如果希望设备彼此直接通信，此时，会使用到数据分发服务（DDS）。 DDS 具有防御和工业设置的根基，你需要做出复杂的实时决策。 DDS 可有效地向众多同步的接收器以每秒数百万条消息传送。

有时，你的物联网系统还会有其他关键的需求，那么就需要特定的协议了。

原文： How Do Machines Talk To Each Other?
作者： Calum McClelland